基于剩余能量的集合划分多跳路由方法技术

本发明专利技术涉及一种基于剩余能量的集合划分多跳路由方法，包括：步骤1，将无线传感器网络划分为多个区域；步骤2，将无线传感器网络内的所有节点按距离最近的原则划分成多个具有相同节点数目的第一集合；步骤3，根据第一集合在无线传感器网络内的位置分布，生成具有多个簇首的第二集合；步骤4，为每个簇首赋予一个权值；步骤5，为第二集合内的每个簇首确定前向簇首；步骤6，为第二集合内的每个簇首确定下一跳簇首；步骤7，每个第一集合内的成员与其对应的簇首之间具有第一距离，该成员与Sink节点之间具有第二距离，根据第一距离与第二距离之间的大小关系，确定该成员是与其对应的簇首还是与Sink节点通信。本发明专利技术提高了网络的性能和生命周期。

【技术实现步骤摘要】
基于剩余能量的集合划分多跳路由方法
本专利技术涉及无线路由算法
，特别是涉及一种基于剩余能量的集合划分多跳路由方法。
技术介绍
无线传感器网络的能量有限，因此能量问题是无线传感器网络（WSNs）应用中的核心问题。一个高效的低功耗的路由协议能有效减少网络的能量消耗，延长WSNs的生命周期，因此路由算法成为国内外WSNs的研究热点。WSNs的路由协议可以分为平面路由和层次路由，层次路由算法是WSN中运用比较广泛的路由算法。LEACH算法是最早提出了的一个比较成熟的分簇路由算法，也是最具有代表性的分层路由算法。许多分簇路由协议例如SEP、PEGASIS、LEACH-C(LEACH-centralized)和LEACH-F(LEACH-fixed)等协议都是在LEACH的基础上发展起来的。但其存在一定的不足，LEACH协议随机轮流的选择簇首，并且簇首与基站直接通信，导致簇首分布不均匀，单跳通信造成巨大能耗。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种网络路由构建更加合理、可有效减少网络能量消耗、延长网络生命周期的基于剩余能量的集合划分多跳路由方法。为解决上述技术问题，作为本专利技术的一个方面，提供了一种基于剩余能量的集合划分多跳路由方法，包括：步骤1，将无线传感器网络划分为多个区域；步骤2，将无线传感器网络内的所有节点按距离最近的原则划分成多个具有相同节点数目的第一集合；步骤3，根据第一集合在无线传感器网络内的位置分布，生成具有多个簇首的第二集合；步骤4，为每个簇首赋予一个权值；步骤5，为第二集合内的每个簇首确定前向簇首；步骤6，为第二集合内的每个簇首确定下一跳簇首；步骤7，每个第一集合内的成员与其对应的簇首之间具有第一距离，该成员与Sink节点之间具有第二距离，根据第一距离与第二距离之间的大小关系，确定该成员是与其对应的簇首还是与Sink节点通信。进一步地，无线传感器网络为正方形，区别为八个。进一步地，步骤2还包括：在所有节点中随机选择与第一集合的数目相同的第一候选节点；在除第一候选节点以外的节点中随机选择多个距离量近的节点作为第二候选节点，其中，第二候选节点是第一候选节点的亲戚节点；第一候选节点和第二候选节点组成候选节点集合。进一步地，步骤3按下至少一种方式确定候选簇首：（1）如果区域内具有一个属于候选节点集合的候选节点，那么将该一个候选节点加入第二集合作为候选簇首；（2）如果区域内具有两个属于候选节点集合的候选节点，那么将该两个候选节点中随机选择一个加入第二集合作为候选簇首；（3）如果区域内具有三个以上属于候选节点集合的候选节点，那么将该三个以上候选节点中随机选择两个加入第二集合作为候选簇首；（4）如果区域内没有属于候选节点集合的候选节点，那么略过该区域。进一步地，步骤4中的权值与该簇首的节点能量成正比，且与Sink节点的距离成反比。进一步地，步骤4中的权值根据下式计算得到：其中，W为权值；Ei为节点的当前能量；Emax为节点的初始能量；dmax为所有节点中和Sink节点的最远距离；d(i,sink)为节点和Sink节点的距离。进一步地，步骤5中：设簇首i与Sink节点之间的距离为Disink，簇首j与Sink节点之间的距离为Djsink，簇首i和簇首j之间的距离为Dij,若满足以下条件，则簇首j是簇首i的前向簇首：Dij2+Disink2＞Djsink2Djsink2+Disink2＞Dij2。进一步地，步骤6按下述至少一种方式确定下一跳簇首：（1）如果一簇首具有多于两个前向簇首，则找出距离该簇首最近的两前向簇首，并选权值较大的那个作为其临时下一跳簇首；若该临时父节点的权值大于该簇首的权值，则将该临时下一跳簇首作为下一跳簇首，否则将Sink节点作为下一跳簇首；（2）如果一簇首具有两个前向簇首，则选择权值较大的前向簇首为临时下一跳簇首；若该临时下一跳簇首的权值大于该簇首的权值，则将该临时下一跳簇首作为下一跳簇首，否则将Sink节点作为下一跳簇首；（3）如果一簇首只有一个前向簇首，比较该簇首和前向簇首的权值，若该前向簇首的权值较大，则将该前向簇首为下一跳簇首，否则将Sink节点作为下一跳簇首；（4）若前向簇首为零，则将Sink节点作为下一跳簇首。本专利技术使得选举的簇首最优，并在簇首和基站之间建立多跳路由，减小节点之间的通信距离，均衡了网络的能量消耗，很大程度上提高了网络的性能和生命周期。附图说明图1示意性示出了无线传感器网络的区域划分图；图2示意性示出了Matlab仿真簇首数目变化对比图；图3示意性示出了Matlab仿真生命周期对比图。具体实施方式以下对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。本申请基于以上不足，提出了一种基于剩余能量的集合划分多跳路由方法，把所有传感器节点按距离最近的原则划分成若干个具有相同节点数的集合，使得簇首分布较均匀；簇首和基站（Sink节点）之间再根据权值大小确立多跳通信路径，这样可以避免簇首与基站之间远距离通信造成的巨大能耗。与传统的LEACH算法相比，本申请改进后的LEACH-ECM算法使得网络路由构建更合理，均衡了网络的能量消耗，很大程度上提高了网络的性能和生命周期。请参考图1至图3，本专利技术提供了一种基于剩余能量的集合划分多跳路由方法，包括：步骤1，将无线传感器网络划分为多个区域。请参考图1，在图1所示的实施例中，优选地，所述无线传感器网络为正方形，所述区别为八个。在此实施例中，将正方形网络沿对角线、中位线划分为八个区域，并标序号1-8。步骤2，将所述无线传感器网络内的所有节点按距离最近的原则划分成多个具有相同节点数目的第一集合。在一个实施例中，该网络中具有100个节点，这样，可将这100个节点划分为20个分别具有5个节点的第一集合。步骤3，根据所述第一集合在所述无线传感器网络内的位置分布，生成具有多个簇首的第二集合。例如，可根据这20个集合在网络中八个区域的分布，选出具有多个簇首的第二集合。特别地，第二集合中能量最大的节点当选为最终簇首。步骤4，为每个所述簇首赋予一个权值。其中，权值越大的簇首越有资格担任中继簇首。步骤5，为所述第二集合内的每个簇首确定前向簇首。步骤6，为所述第二集合内的每个簇首确定下一跳簇首。步骤7，每个所述第一集合内的成员与其对应的簇首之间具有第一距离，该成员与Sink节点之间具有第二距离，根据所述第一距离与所述第二距离之间的大小关系，确定该成员是与其对应的簇首还是与所述Sink节点通信。这样，对簇内成员（第一集合内的成员）而言，如果簇内成员与簇首的距离大于与Sink的距离，则与Sink直接通信。因为若簇内成员直接与簇首通信，则既增加了簇内成员的能耗，也增加了簇首的能耗。本专利技术把网络中所有传感器节点按距离最近的原则划分成若干个具有相同节点数的集合，根据集合在网络中的分布选择一些候选簇首集合，在候选簇首集合中选择能量最大的点为簇首。簇首和基站之间再根据权值大小确立多跳通信路径。本专利技术方案使得网络路由构建更合理，有效的减少了网络的能量消耗，进而延长了网络的生命周期。本专利技术使得选举的簇首最优，并在簇首和基站之间建立多跳路由，减小节点之间的通信距离，均衡了网络的能量消耗，很大程度上提高了网络的性能和生命周期。优选地，步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于剩余能量的集合划分多跳路由方法，其特征在于，包括：步骤1，将无线传感器网络划分为多个区域；步骤2，将所述无线传感器网络内的所有节点按距离最近的原则划分成多个具有相同节点数目的第一集合；步骤3，根据所述第一集合在所述无线传感器网络内的位置分布，生成具有多个簇首的第二集合；步骤4，为每个所述簇首赋予一个权值；步骤5，为所述第二集合内的每个簇首确定前向簇首；步骤6，为所述第二集合内的每个簇首确定下一跳簇首；步骤7，每个所述第一集合内的成员与其对应的簇首之间具有第一距离，该成员与Sink节点之间具有第二距离，根据所述第一距离与所述第二距离之间的大小关系，确定该成员是与其对应的簇首还是与所述Sink节点通信。

【技术特征摘要】
1.一种基于剩余能量的集合划分多跳路由方法，其特征在于，包括：步骤1，将无线传感器网络划分为多个区域；步骤2，将所述无线传感器网络内的所有节点按距离最近的原则划分成多个具有相同节点数目的第一集合；步骤3，根据所述第一集合在所述无线传感器网络内的位置分布，生成具有多个簇首的第二集合；步骤4，为每个所述簇首赋予一个权值；步骤5，为所述第二集合内的每个簇首确定前向簇首；步骤6，为所述第二集合内的每个簇首确定下一跳簇首；步骤7，每个所述第一集合内的成员与其对应的簇首之间具有第一距离，该成员与Sink节点之间具有第二距离，根据所述第一距离与所述第二距离之间的大小关系，确定该成员是与其对应的簇首还是与所述Sink节点通信。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线传感器网络为正方形，所述区域为八个。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2还包括：在所有节点中随机选择与所述第一集合的数目相同的第一候选节点；在除所述第一候选节点以外的节点中随机选择多个距离量近的节点作为第二候选节点，其中，所述第二候选节点是所述第一候选节点的亲戚节点；所述第一候选节点和所述第二候选节点组成候选节点集合。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3按下至少一种方式确定候选簇首：(1)如果所述区域内具有一个属于所述候选节点集合的候选节点，那么将该一个候选节点加入所述第二集合作为候选簇首；(2)如果所述区域内具有两个属于所述候选节点集合的候选节点，那么将该两个候选节点中随机选择一个加入所述第二集合作为候选簇首；(3)如果所述区域内具有三个以上属于所述候选节点集合的候选节点，那么将该三个以上候选节点中随机选择两个加入所述第二集合作为候选簇首；(4)如果所述区域内没有属于所述候...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙承志，林唤，向满天，黄才海，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：